一种便携环介导等温扩增装置及其操作方法与流程

1.本发明属于环介导等温扩增技术领域，尤其是一种便携环介导等温扩增装置及其操作方法，可实时读取反应过程数据以及判定反应结果。


背景技术：

2.当前，环介导等温扩增技术在sars、禽流感、hiv、covid
‑
9等疾病的检测中被广泛应用。环介导等温扩增,具有高特异性、高灵敏度、操作简单等优势，反应不需要pcr仪和昂贵的试剂，水浴锅或金属浴就能实现反应，反应的结果通过肉眼观察来判断；
3.但越来越多的科学实验发现，由于所选择的引物种类，引物浓度的不同，以及反应温度的不稳定等因素的影响，在反应结束后采用肉眼观察来判断反应结果的方式，误判率较高，并且不能实时获取反应过程中的反应现象，不能满足较高要求的检测需求。所以开发一种可实时读取反应过程数据和判定反应结果的环介导等温扩增设备很有必要。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术不足，本发明提供一种便携环介导等温扩增装置及其操作方法，本技术旨在提供一种便携式等温扩增仪及其检测方法，能够搭载多样本多通道光学检测系统，能够实时读取反应现象，且能够实现等温扩增仪的小型化。
5.一种便携环介导等温扩增装置及其操作方法，其中：
6.一种便携环介导等温扩增装置，包括：恒温加热模块、激发与探测模块、外壳模块、控制模块及输出模块；
7.进一步的，所述恒温加热模块用于提供样品反应所需的等温环境，包括：上热盖、样品恒温槽和基板；所述上热盖上集成有第一发热材料、第一温度传感器、第一温度保护开关；所述上热盖顶部及四周包围有上热盖恒温保护层；所述样品恒温槽上集成有第二发热材料、第二温度传感器、第二温度保护开关等；所述样品恒温槽置于基板内部；所述样品槽和基板底部及四周由样品恒温槽保护层包裹；反应时，反应体系置于样品管内，所述样品管置于上热盖与样品恒温槽中间的恒温空间内；第一发热材料、第一温度传感器、第一温度保护开关，第二发热材料、第二温度传感器、第二温度保护开关电连接所述控制模块；
8.作为一种举例说明，所述第一发热材料与第二发热材料为：加热膜或加热片中的一种或者组合；
9.作为一种举例说明，所述样品管包括但不限于pcr管或微流腔体等反应体系；
10.进一步的，所述激发与探测模块包括：激发模块和探测模块；
11.所述激发模块用于激发样品体系中的发光基团，所述激发模块包括多个激发子系统；
12.所述激发子系统包括：可调节激发光源、可调节激发光源聚焦透镜；所述可调节激发光源聚焦透镜设置在所述可调节激发光源的前方，激发光经样品放置槽上的入射光孔照射到样品管上；
13.所述探测模块用于接收样本被激发的光信号，所述探测模块包括多个探测子系统；所述探测模块设置在所述探测光接收孔处；
14.所述探测子系统包括：滤光片、探测聚焦透镜、光电传感器结构构成；
15.进一步的，同一样品恒温槽对应的探测子系统和激发子系统数量相等，左右对称，且位于同一液面高度；
16.进一步的，所述激发与探测模块置于所述基板中，所述样品恒温槽设置有入射光孔和探测光接收孔，所述入射光孔和探测光接收孔对称设置在所述样品恒温槽两端；
17.进一步的，所述外壳模块用于承载所述恒温加热模块、激发与探测模块、控制模块及输出模块；
18.所述外壳模块包括：上盖、铰链、壳体、锁扣、开关按钮；所述上盖与所述壳体由铰链连接，所述上盖能以所述铰链为中心，相对于所述壳体0～90度开启与闭合，闭合时触动所述锁扣，将所述上盖与所述壳体锁死；
19.进一步的，所述上热盖、第一发热材料、第一温度传感器、第一温度保护开关、上热盖恒温保护层置于所述上盖内部；所述样品恒温槽、第二发热材料、第二温度传感器、第二温度保护开关、基板、样品恒温槽保护层置于壳体内部；
20.进一步的，所述控制模块用于调节所述恒温加热模块温度、控制激发与探测模块的工作，实时采集所述探测模块的信号，并进行样品属性判读；
21.进一步的，所述输出模块置于所述壳体前端，用于判读结果的显示，以供用户识别检测结果。
22.一种便携环介导等温扩增装置的操作方法，包括：
23.步骤一、控制模块启动恒温加热模块开始升温，并根据温度传感器反馈值进行温度调节，使得样品反应温度保持在恒温条件下；
24.作为一种举例说明，所述恒温条件为：65℃；
25.作为一种举例说明，根据lamp反应机理，lamp反应时，其对温度环境的要求通常为：65
°
左右；
26.步骤二、所述控制模块控制激发模块，对样品进行激发光照射；
27.步骤三、所述控制模块控制所述探测模块接收样品被激发后产生的光信号，再将光信号经光电转换与处理，形成光电信号后传输到所述控制模块；
28.步骤四、所述控制模块预先设定好总反应时间，在反应时间内按固定时间间隔接收光电信号数据；
29.作为一种举例说明，所述光电信号数据即为反应数据；
30.步骤五、在样品反应终止后，所述控制模块根据固定时间间隔接收到的光电信号数据，分析样品的反应规律，对光电信号数据进行异常值剔除与加权运算；
31.作为一种举例说明，假设从样品从反应起始到反应结束，控制模块接收到的光电信号总数为n个，则每个采样点得到的信号数值为d
[i]
,(0≤i≤n)，(i代表n个采样点其中之一)；
[0032]
作为一种举例说明，所述异常值剔除是指：如总反应时间设定为：30分钟，每分钟采样2次，每次采样数据为x
i
(i代表n个采样点其中之一，0≤i<n，此例中n＝60)，取
[0033]
当|x
i
‑
x
mean
|＞3σ时作为异常值剔除掉，并用异常值前后数据的均值取代异常值；
[0034]
作为一种举例说明，所述加权运算是指：由于反应数据在30分钟内的变化程度不同，20分钟至30分钟内的反应数据对数值结果影响更显著，因此对于反应10分钟以后的数据进行权重处理，将第10分至20分钟的采集数据乘以权重40％，将第20分至30分钟的数据乘以权重60％，并对加权数据求和，也即
[0035]
步骤六、当步骤五运算后，数值结果处于阳性阈值范围内，则控制模块控制输出模块置位阳性指示灯；当数值结果处于阴性阈值范围内，则控制模块控制输出模块置位阴性指示灯，从而为使用者提供检测结论；
[0036]
作为一种举例说明，所述输出模块还用于输出可视化的样品体系的实时反应现象以及样品属性判读结果；
[0037]
本发明的有益效果：
[0038]
1、本发明所提供的设备小巧、便携，造价低，无特殊环境要求，适合于家用检测；
[0039]
2.本发明采用全包围式的恒温和保温设计，防止微量样品反应时，液体蒸发到管壁及上盖上，影响反应精度；
[0040]
3.本发明采用封闭式的光路设计，指示灯可实时输出反应过程中的判读结果，替代人眼判读，减少人眼判读带来的误差；
附图说明
[0041]
图1为本发明一种便携环介导等温扩增装置的内部结构示意图
[0042]
图2为本发明一种便携环介导等温扩增装置的外部结构示意图
[0043]
图3为本发明一种便携环介导等温扩增装置之未加入滤光片的样本比对光学原理图
[0044]
图4为本发明一种便携环介导等温扩增装置之加入滤光片的样本比对光学原理图
[0045]
图5为本发明一种便携环介导等温扩增装置的应用实例图
具体实施方式
[0046]
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
[0047]
如图1至图5所示，一种便携环介导等温扩增装置，包括：恒温加热模块、激发与探测模块、外壳模块、控制模块及输出模块23；
[0048]
进一步的，所述恒温加热模块用于提供样品反应所需的等温环境，包括：上热盖1、样品恒温槽6和基板10；所述上热盖1上集成有第一发热材料2、第一温度传感器3、第一温度保护开关4；所述上热盖顶部及四周包围有上热盖恒温保护层5；所述样品恒温槽6上集成有第二发热材料7、第二温度传感器8、第二温度保护开关9等；所述样品恒温槽6置于基板10内部；所述样品槽6和基板10底部及四周由样品恒温槽保护层11包裹；反应时，反应体系18置于样品管17内，所述样品管17置于上热盖1与样品恒温槽6中间的恒温空间内；第一发热材料2、第一温度传感器3、第一温度保护开关4，第二发热材料7、第二温度传感器8、第二温度
保护开关9电连接所述控制模块；
[0049]
作为一种举例说明，所述第一发热材料2与第二发热材料7为：加热膜或加热片中的一种或者组合；
[0050]
作为一种举例说明，所述样品管17包括但不限于pcr管或微流腔体等反应体系；
[0051]
进一步的，所述激发与探测模块包括：激发模块和探测模块；所述激发与探测模块置于所述基板10中，所述样品恒温槽6设置有入射光孔和探测光接收孔，所述入射光孔和探测光接收孔对称设置在所述样品恒温槽6两端；
[0052]
所述激发模块用于激发样品体系中的发光基团，所述激发模块包括多个激发子系统；
[0053]
作为一种举例说明，所述激发子系统包括：可调节激发光源12、可调节激发光源聚焦透镜13；所述可调节激发光源聚焦透镜13设置在所述可调节激发光源12的前方，激发光经样品放置槽上的入射光孔照射到样品管上；
[0054]
进一步的，所述探测模块用于接收样本被激发的光信号，所述探测模块包括多个探测子系统；所述探测模块设置在所述探测光接收孔处；
[0055]
作为一种举例说明，所述探测子系统由滤光片14、探测聚焦透镜15、光电传感器结构16构成；
[0056]
进一步的，同一样品恒温槽6对应的探测子系统和激发子系统数量相等，左右对称，且位于同一液面高度；
[0057]
进一步的，所述外壳模块包括：上盖19、铰链20、壳体21、锁扣22、开关按钮24；所述上盖19与所述壳体21由铰链20连接，所述上盖能以所述铰链为中心，相对于所述壳体0～90度开启与闭合，闭合时触动所述锁扣22，将所述上盖与所述壳体锁死。
[0058]
进一步的，所述上热盖1、第一发热材料2、第一温度传感器3、第一温度保护开关4、上热盖恒温保护层5置于所述上盖19内部；所述样品恒温槽6、第二发热材料7、第二温度传感器8、第二温度保护开关9、基板10、样品恒温槽保护层11置于壳体21内部；
[0059]
进一步的，所述控制模块用于调节所述恒温加热模块温度、控制激发与探测模块的工作，实时采集所述探测模块的信号，并进行样品属性判读；
[0060]
进一步的，所述输出模块23置于所述壳体21前端，用于判读结果的显示，以供用户识别检测结果。
[0061]
一种便携环介导等温扩增装置的操作方法，包括：
[0062]
步骤一、控制模块启动恒温加热模块1开始升温，并根据温度传感器21反馈值进行温度调节，使得样品反应温度保持在恒温条件下；
[0063]
作为一种举例说明，所述恒温条件为：65℃；
[0064]
作为一种举例说明，根据lamp反应机理，lamp反应时，其对温度环境的要求通常为：65
°
左右；
[0065]
步骤二、所述控制模块控制激发模块，对样品进行激发光照射；
[0066]
步骤三、所述控制模块控制所述探测模块接收样品被激发后产生的光信号，再将光信号经光电转换与处理，形成光电信号后传输到所述控制模块；
[0067]
步骤四、所述控制模块预先设定好总反应时间，在反应时间内按固定时间间隔接收光电信号数据；
[0068]
作为一种举例说明，所述光电信号数据即为反应数据；
[0069]
步骤五、在样品反应终止后，所述控制模块根据固定时间间隔接收到的光电信号数据，分析样品的反应规律，对光电信号数据进行异常值剔除与加权运算；
[0070]
作为一种举例说明，假设从样品从反应起始到反应结束，控制模块接收到的光电信号总数为n个，则每个采样点得到的信号数值为d
[i]
,(0≤i≤n)，(i代表n个采样点其中之一)；
[0071]
作为一种举例说明，所述异常值剔除是指：如总反应时间设定为：30分钟，每分钟采样2次，每次采样数据为x
i
(i代表n个采样点其中之一，0≤i<n，此例中n＝60)，取(i代表n个采样点其中之一，0≤i<n，此例中n＝60)，取
[0072]
当|x
i
‑
x
mean
|＞3σ时作为异常值剔除掉，并用异常值前后数据的均值取代异常值；
[0073]
作为一种举例说明，所述加权运算是指：由于反应数据在30分钟内的变化程度不同，20分钟至30分钟内的反应数据对数值结果影响更显著，因此对于反应10分钟以后的数据进行权重处理，将第10分至20分钟的采集数据乘以权重40％，将第20分至30分钟的数据乘以权重60％，并对加权数据求和，也即
[0074]
步骤六、当步骤五运算后，数值结果处于阳性阈值范围内，则控制模块控制输出模块置位阳性指示灯；当数值结果处于阴性阈值范围内，则控制模块控制输出模块23置位阴性指示灯，从而为使用者提供检测结论；
[0075]
作为一种举例说明，所述输出模块23还用于输出可视化的样品体系的实时反应现象以及样品属性判读结果；
[0076]
实施例1：
[0077]
如图4所示，未加入滤光片12时，在λ1～λ2波段，探测模块所采样到的样本1的谱线与样本2的谱线有一定差值，但在λ2～λ3波段探，探测模块所采样到的样本1的谱线与样本2的谱线比较接近，因而导致样:1的平均值c1与样本2的平均值c2差值较小，容易造成结果误判；
[0078]
实施例2：
[0079]
如图5所示，为样本1、样本2在30分钟恒温反应过程中的探测值曲线；加入滤光:12后，滤掉λ2～λ3波段的谱线，只保留λ1～λ2波段的谱线，则探测模块采样到的样本1的平均值c1与样本2的平均值c2差值较大，容易误判；
[0080]
本发明所提供的设备小巧、便携，造价低，无特殊环境要求，适合于家用检测；本发明采用全包围式的恒温和保温设计，防止微量样品反应时，液体蒸发到管壁及上盖上，影响反应精度；本发明采用封闭式的光路设计，指示灯可实时输出反应过程中的判读结果，替代人眼判读，减少人眼判读带来的误差；
[0081]
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。